專利名稱：用于tsv銅互連材料力學(xué)性能測試的原位壓縮試樣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是ー種測試技術(shù)的壓縮試樣，具體說，涉及一種用于TSV銅互連材料力學(xué)性能測試的原位壓縮試樣。
背景技術(shù)：
TSV (Through Silicon Vias,娃通孔)疊層互連技術(shù),不僅可以提高三維集成度，而且其短距離互連的優(yōu)勢可以降低互連延遲，是微電子技術(shù)發(fā)展的ー個重要方向。由于TSV中的銅互連材料，其制備エ藝與結(jié)構(gòu)尺寸與宏觀的塊體銅材料不同，所以材料的抗壓強度，楊氏模量等基本力學(xué)特性和宏觀材料相比，存在明顯的差異?，F(xiàn)有的薄膜力學(xué)性能測試大多基于納米壓痕方法和薄膜單軸拉伸方法，而沒有用微壓縮的方法來測試材料的力學(xué)特性。納米壓痕是通過納米硬度測試過程中加載ー卸曲線得出試樣力學(xué)參數(shù)的方法，是ー種公知的方法，但無法獲得材料的斷裂強度等參數(shù)。薄膜單軸拉伸方法試樣制備エ藝相對簡單，測試數(shù)據(jù)易于獲取，如中國專利ZL200710047682. I中提出了一種用于薄膜力學(xué)性能測試的單軸微拉伸試件(公開號為101149317A)，該發(fā)明介紹“ー種力學(xué)性能測試技術(shù)的用于薄膜力學(xué)性能測試的單軸微拉伸試件，包括U型支撐平臺、移動平臺、蛇形支撐彈簧、對中標(biāo)記、位移標(biāo)記，蛇形支撐彈簧連接U型支撐平臺和移動平臺，U型支撐平臺和移動平臺與薄膜試樣的兩端懸空相連，對中標(biāo)記位于移動平臺的上面，位移標(biāo)記粘接在靠近薄膜試樣、移動平臺的尾端。本發(fā)明與國內(nèi)外現(xiàn)有微拉伸試件相比，制備エ藝可行，重現(xiàn)性好，成品率高，只需一端固定即可，克服了拉伸過程中由支撐梁塑性變形而引起的實驗誤差。本發(fā)明集成式框架微拉伸試件適用于微機電系統(tǒng)中的各種單質(zhì)金屬、合金和復(fù)合材料等薄膜材料微觀力學(xué)性能測試?！钡∧屋S拉伸方法其拉伸方向與電鍍層生長方向垂直，無法獲得TSV銅材料原位的力學(xué)特性參數(shù)。在沒有詳細(xì)的微尺度、原位的銅材料力學(xué)特性參數(shù)背景下，進行銅TSV結(jié)構(gòu)設(shè)計和模擬仿真，必然引用宏觀塊體銅材料的力學(xué)參數(shù)，使得TSV銅互連結(jié)構(gòu)設(shè)計存在一定的可靠性問題，有礙產(chǎn)業(yè)化的進程。而原位拉伸式樣制備エ藝和測試方法比較困難，如申請?zhí)枮?01210050952. 5的發(fā)明專利，該專利申請中提出ー種“用于TSV銅互連材料力學(xué)性能測試的原位拉伸試樣，所述原位拉伸試樣包括試樣部分和用于固定試樣的固定部分，所述的試樣部分是在硅通孔中形成的圓形金屬柱；所述的固定端部分為圓形或方形平板結(jié)構(gòu)。所述試樣部分為微米級，所述固定端厚度部分為毫米級。”但由于原位拉伸式樣的需要上下兩個固定端部分，且它們與原位拉伸試樣部分在垂直方向上，因此不易制備。并且由于試樣部分的尺寸很小，在測試過程中不易將兩個固定端同時夾持，加大了測試的難度。本發(fā)明只需ー個固定端，エ藝方面更易于實現(xiàn)，且測試時只需將一端固定，因此更易于試樣力學(xué)性能的測試。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于克服現(xiàn)有對TSV銅互連材料力學(xué)性能表征的不完善，提供一種用于TSV銅互連材料力學(xué)性能測試的原位壓縮試樣，使得到的力學(xué)參數(shù)更接近于實際應(yīng)用。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明所述的原位壓縮試樣包括試樣部分和用于固定試樣的固定端部分。所述的試樣部分是在硅通孔中形成的圓形金屬柱，材料為電沉積銅材。所述的固定端為方形平板結(jié)構(gòu)，材料為銅材或鎳材 。所述試樣的一端固定在所述固定端之上，通過夾具將固定端固定，并對所述試樣的另一端施加壓力，試樣受力方向與圓形金屬柱的生長方向一致，實現(xiàn)試樣的壓縮測試。通過對實驗過程中壓カ和位移變化的記錄，可以得出試樣的應(yīng)カ應(yīng)變曲線，從而能得出抗壓強度和楊氏模量等基本力學(xué)參數(shù)。所述試樣部分為微米級，所述固定端厚度部分為毫米級。與現(xiàn)有的國內(nèi)外的微拉伸試樣相比，本發(fā)明設(shè)計的TSV銅互連原位壓縮試樣結(jié)構(gòu)，主體尺寸是微米級，與實際生產(chǎn)中TSV銅互連主體尺寸基本相同，試樣受力方向與銅柱的生長方向一致，更貼近于實際應(yīng)用中TSV銅互連的成型エ藝與結(jié)構(gòu)，其制備エ藝可行，重現(xiàn)性好，成品率高；而且本發(fā)明是采用無框架結(jié)構(gòu)，單軸壓縮，只需ー個固定端即可，エ藝更加簡單，且更易于進行測試，并可以更直接的測試出TSV銅互連材料的力學(xué)性能。


圖I為本發(fā)明實施例中所設(shè)計的TSV銅互連原位壓縮試樣結(jié)構(gòu)示意圖；圖I中I為金屬柱，2為固定端；圖2為本發(fā)明實施例中所設(shè)計的TSV銅互連原位壓縮試樣壓縮固定示意圖；圖2中3為專用固定端夾具，4為施カ端。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。實施例如圖I所示，本實施例提供ー種TSV銅互連材料原位壓縮試樣結(jié)構(gòu)，所述的原位壓縮試樣包括試樣部分和用于固定試樣的固定端部分。所述的試樣部分是在硅通孔中形成的金屬柱1，材料為電沉積銅材。所述的固定端部分為圓形或方形平板結(jié)構(gòu)，材料為銅材或鎳材。所述試樣部分1，所述上固定端2厚度，它們的尺寸均為微米級。具體的，本實施例中，所述試樣部分1，其形狀為圓形金屬柱，直徑為5-200微米，高度為10-400微米；本實施例中，所述試樣部分I,材料為金屬銅。本實施例中，所述固定端2，其形狀為長方形或正方形平板結(jié)構(gòu)，邊長為500-5000微米，厚度為300-600微米。本實施例中，所述試樣固定端2部分，材料為銅材或鎳材。如圖2所示，本實施例用于測量時，試樣部分的一端通過固定端2固定，對試樣一端施加水平方向的壓力，就可以實現(xiàn)試樣的壓縮測試。通過對實驗過程中壓カ和位移變化的記錄，可以得出試樣的應(yīng)カ應(yīng)變曲線，從而能得出抗壓強度和楊氏模量等基本力學(xué)參數(shù)。以上所述的具體實施例，與通常的薄膜試樣相比，該試樣的主體尺寸是微米級，與實際生產(chǎn)中TSV銅互連主體尺寸基本相同，且試樣受カ方向與銅柱的生長方向一致，通過壓縮試驗所得到的力學(xué)參數(shù)能夠真實反映TSV銅互連材料的力學(xué)特性，將有效提高3D封裝設(shè)計與仿真模擬中TSV銅互連材料力學(xué)特性參數(shù)的真實性，對于相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)、應(yīng)用、壽命預(yù)測與可靠性提高將發(fā)揮重要作用。本發(fā)明TSV銅互連壓縮試樣可以在半導(dǎo)體襯底上采用現(xiàn)有常用手段制備得到。通過對實施例具體描述，進ー步闡述了本發(fā)明的目的、技 術(shù)方案和有益效果。本發(fā)明適用于TSV中銅互連材料的力學(xué)性能測試表征，同時也對其它微觀金屬材料測試有著相應(yīng)的效果。以上僅是對本發(fā)明的一個實施例進行的詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于以上實施例。應(yīng)該理解的是，在不脫離本申請的權(quán)利要求的精神和范圍情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員做出的各種修改，仍屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于TSV銅互連材料力學(xué)性能測試的原位壓縮試樣，其特征在于，所述原位壓縮試樣包括試樣部分和用于固定試樣的固定部分，所述的試樣部分是在硅通孔中形成的圓形金屬柱；所述的固定端部分為圓形或方形平板結(jié)構(gòu)；所述試樣的一端固定在所述固定端之上，用夾具將固定端固定，并對所述試樣的另一端施加壓力，試樣受力方向與圓形金屬柱的生長方向一致，實現(xiàn)試樣的壓縮測試。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于TSV銅互連材料力學(xué)性能測試的原位壓縮試樣，其特征在于，所述試樣部分為微米級，所述固定端厚度部分為毫米級。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于TSV銅互連材料力學(xué)性能測試的原位壓縮試樣，其特征在于，所述試樣部分，其形狀為圓形金屬柱，直徑為5-150微米，高度為10-300微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于TSV銅互連材料力學(xué)性能測試的原位壓縮試樣，其特征在于，所述試樣部分，材料為電沉積金屬銅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的用于TSV銅互連材料力學(xué)性能測試的原位壓縮試樣，其特征在于，所述固定端，其形狀為長方形或正方形平板或圓形結(jié)構(gòu)，邊長為500-2000微米，厚度為300-600微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于TSV銅互連材料力學(xué)性能測試的原位壓縮試樣，其特征在于，所述固定端，材料為銅材或鎳材。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于TSV銅互連材料力學(xué)性能測試的原位壓縮試樣，所述試樣包括試樣部分和用于固定試樣的固定端，所述的試樣部分是在硅通孔中形成的圓形金屬柱；所述的固定端部分為圓形或方形平板結(jié)構(gòu)，所述試樣部分在所述固定端的上端部分。本發(fā)明與國內(nèi)外現(xiàn)有的微拉伸試樣相比，試樣受力方向與圓形金屬柱的生長方向一致，且主體尺寸是微米級，實現(xiàn)了原位TSV銅柱的力學(xué)性能測試，能有效地解決薄膜層力學(xué)性能測試數(shù)據(jù)不能真實反應(yīng)TSV孔內(nèi)銅互連材料力學(xué)性能的問題，提高了3D封裝設(shè)計與仿真模擬中TSV銅互連材料力學(xué)特性參數(shù)的真實性。
文檔編號G01N3/02GK102768148SQ201210247658
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月17日
發(fā)明者丁桂甫, 李君翊, 汪紅, 王慧穎, 程萍, 顧挺 申請人:上海交通大學(xué)